考虑阻尼影响时结构动载荷问题的冲击计算

在考虑阻尼影响的基础上,采用线性振动理论研究了动载荷问题的冲击计算. 利用振动方程推导出了结构动位移、动载荷系数、冲击时间的表达式,并讨论分析了结构阻尼对动载荷问题的影响.     

自由落体下的滚动轴承冲击载荷

首先分析了滚动轴承的弹性接触变形能,根据能量守恒原理,提出了轴承变形能与自由落体势能守恒的关联方程,并完成了对轴承冲击动载荷的数值求解. 对于实践中常见的缓冲弹簧-轴承系统,根据弹簧和轴承的刚度比来确定它们各自分担的冲击能量,在此基础上对轴承的动载荷系数进行了计算,文中给出的具体算例与工程实际较为符合. 本文提出的方法可以作为确定轴承冲击载荷的参考依据.     

考虑剪切效应的旋转FGM楔形梁刚柔耦合动力学建模与仿真

本文对一类中心刚体-柔性梁系统在大范围转动下的刚柔耦合动力学问题进行了研究. 柔性梁为功能梯度材料(functionally graded materials, FGM)楔形变截面梁,材料体积分数在梁轴向呈幂律分布变化. 以弧长坐标来描述柔性FGM梁的几何位移关系,分别使用倾角和拉伸应变变量描述柔性梁的横向弯曲和纵向拉伸变形,并计及剪切效应. 采用假设模态法离散变形场,运用第二类拉格朗日方程进行方程推导,得到系统考虑剪切效应的刚柔耦合动力学模型. 基于全新的刚柔耦合动力学建模理论,研究不同轴向材料梯度分布的FGM楔形梁,通过数值仿真计算,分析讨论不同的转速、梯度分布规律以及变截面参数对系统动力学特性的影响. 结果表明,剪切效应对大高跨比的FGM楔形梁的变形影响较为明显,不容忽略;材料梯度分布规律和截面参数的选取均会对旋转FGM楔形梁的动力学响应和频率产生较大影响. 本文提出的考虑剪切效应的倾角刚柔耦合动力学模型是对以往非剪切模型的进一步完善,可应用于工程中的 Timoshenko梁结构的动力学问题求解.      

爆炸荷载作用下弹性与阻尼支承梁的动力响应

为了提高梁的抗爆能力,目前通常是从材料、截面形状等方面考虑．通过在梁端部设置弹性和阻尼支承来提高梁的抗力．为此,应用拉格朗日方程建立了端部弹性与阻尼支承梁的动力方程,通过长作用时间和短作用时间两个爆炸动荷载的典型算例,分析了端部弹性与阻尼支承对梁动态响应的影响,并指出在短作用时间动荷载作用下在梁端部设置弹性与阻尼支承可有效提高梁的抗力．     

BAR SIMULATION METHOD FOR BENDING NORMAL STRESS OF I-BEAM IN CONSIDERATION OF SHEAR EFFECT 1)

随着工字形短深梁和宽翼缘梁结构的发展,截面非线性剪切变形对弯曲应力的影响愈加突出,导致传统设计中所采用的初等梁理论计算结果误差较大,不再适用。本文基于比拟杆法综合考虑剪切效应,推导出工字形梁横力弯曲应力解析计算公式,并与有限元及现有解析计算方法进行对比分析。结果表明：当跨高比较小,翼缘腹板面积比较大时剪切效应对弯曲变形有显著影响。同时相比于现有解析方法,本文计算结果精度较高且适用范围更广,可用于梁结构设计。     

一种冲击动应力的实验系统与结果分析

为探究以材料力学理论为基础的冲击动应力问题实际与理论结果的差别程度,设计开发了冲击动应力实验装置,并测量了重锤在不同冲击高度下冲击悬臂梁的动荷系数. 同时利用ANSYS/LS-DYNA 软件对同一问题进行了数值模拟. 动荷系数模拟结果与实验值的相对差不超过3.1%,与理论值相对差在14%～23%之间. 实验和数值模拟起到相互印证的作用. 这一结论加强了对冲击动应力问题的模型、理论和误差范围的理解,在实际应用中有助于对误差范围的判断.     

开口薄壁压杆考虑剪滞效应和几何非线性的临界荷载

针对上翼缘和下翼缘, 假设不同的剪力滞翘曲位移函数, 导出了薄壁压杆的能量泛函. 基于最小势能原理, 对开口薄壁压杆考虑剪力滞效应和几何非线性的稳定性进行了分析, 推导了压杆的特征方程, 并求出了简支压杆考虑剪力滞效应的临界荷载以及欧拉公式的修正系数, 讨论了翼缘宽度、厚度和压杆长度以及几何非线性对临界荷载修正系数的影响, 说明了欧拉临界荷载公式的适用条件.     

THE ANALYSIS OF THE ENTIRE ELASTO-PLASTIC PROCESS OF A BEAM WITH ONE DEGREE OF INDETERMINACY UNDER A CONCENTRATED LOAD

对跨中集中载荷作用下一次超静定梁的弹塑性加载和变形全过程进行了分析。根据受力变形特点,集中载荷作用下一次超静定梁的加载过程可分为4 个阶段,分别是弹性阶段、固支端附近塑性变形区扩展阶段、固支端和集中载荷作用点附近塑性变形区双扩展阶段、固支端保持为塑性铰同时附近卸载而集中载荷作用点附近塑性变形区继续扩展直至形成第2 个塑性铰阶段。在弹性阶段,弯矩内力和挠度与外载荷是线性比例关系,在第2,3 两个阶段,弯矩和挠度与外载荷是复杂的非线性关系,在第4 阶段,弯矩与外载荷是线性关系但不是比例关系而挠度与外载荷是更为复杂的非线性关系。给出了全过程任意点的弯矩和挠度计算公式,可供结构设计参考应用。     

自感知主被动阻尼悬臂梁动态特性分析

由Hamilton原理导出了压电层作约束层的自感知主被动阻尼控制结构的振动控制方程;由自感知电压引入速度负反馈闭环控制,并由假设模态法将位移按模态展开,求解了悬臂梁结构的动态特性;对被动控制、自感知主动控制、自感知主被动控制的控制效果进行了分析比较;分析了粘弹层厚度变化、材料参数变化以及压电层厚度、位置等结构参数变化对控制效果及模态频率的影响;并对自感知主被动阻尼控制结构的特点和设计中应注意的问题作了分析.     

辽西风积土动剪切模量与阻尼比特性试验研究

研究辽西风积土的动力特性离不开其动剪切模量与阻尼比这两个最基本的参数. 通过一系列动三轴试验, 分析了围压、固结比、振动频率对原状风积土的动剪切模量与阻尼比的影响情况, 并探讨了其产生的机理. 通过试验数据分析表明, 风积土的动剪切模量随围压的增大而增大, 但阻尼比随围压的增大而减小; 动剪切模量随固结比的增大而增大, 阻尼比随固结比的增大而减小; 动剪切模量和阻尼比均随振动频率的增大而增大, 但影响较小, 不如前两个因素明显.     

考虑陀螺效应的铣削颤振分析1)

主要研究主轴旋转过程中产生的陀螺效应对切削颤振稳定性边界的影响。基于一种旋转下的主轴、刀杆和刀具模型,采用欧拉$\!$-$\!$-$\!$伯努利悬臂梁理论获得考虑陀螺效应的切削系统的传递函数。在此基础上,探究了考虑陀螺效应的高速切削系统的稳定性。结果表明,陀螺效应改变了高速铣削的临界切削深度。并且在考虑陀螺效应的情况下,刀具齿数越多临界切削深度越小,降低系统刚度将减小临界切削深度,增大系统阻尼比将增大临界切削深度。     

斜面结构冰荷载的动荷效应

利用改进的刚性梁模型进行了斜面结构冰荷载的动荷效应，推导了冰力的动荷系统，算例得到了与模型试验值和数值解相近的结果，依据分析对试验观察到的规律给出了理论上的证明和定性的解释，给出了准静态冰力条件的判别式。     

A DYNAMIC RESPONSE PREDICTION MODEL OF FIBER-METAL HYBRID LAMINATED PLATES EMBEDDED WITH VISCOELASTIC DAMPING CORE UNDER LOW-VELOCITY IMPACT EXCITATION 1)

本文首次从解析角度建立了低速冲击激励下嵌入黏弹性阻尼芯层的纤维金属混杂层合板动态响应预测模型. 首先,结合经典层合板理论和冯$\cdot$卡门假设,建立了嵌入黏弹性芯层的纤维金属混杂层合板弹性损伤本构关系. 然后,将层合板受冲击时的变形分成接触和拉伸两个区域,在接触区域内,对金属层采用 Von Mises 失效准则,纤维层采用 Tsai-Hill 失效准则和对黏弹性层采用指数 Drucker-Prager 失效准则判断层合板损伤情况. 考虑不同材料层对冲击动态响应的贡献来修正两个变形区域的位移公式,进而计算结构因弹性变形产生的应变能,以及接触区域因塑性变形消耗的能量,实现每次失效事件发生后各层材料的能量、位移和冲击接触力的理论求解,并给出了结构动态响应分析的具体流程图. 最后,以嵌入 Zn33 黏弹性芯层的 TA2 钛合金混杂 T300 碳纤维/树脂层合板为研究对象,开展落锤冲击实验. 验证结果表明,理论预测与测试获得的冲击接触力、位移响应以及冲击载荷-位移曲线吻合较好,且关注的峰值点计算误差最大不超过 9%,进而验证了所提出的理论模型的有效性.     

非保守力作用下简支梁在屈曲附近的自由振动

对受非保守载荷的简支梁在后屈曲附近的自由振动进行了研究. 基于可伸长梁的大变形理论,建立了受沿轴线分布切向非保守力作用的简支梁后屈曲附近自由振动的几何非线性模型. 在小振幅和谐振动假设下,简化得到后屈曲梁线性振动的控制方程. 采用打靶法求解振动问题的控制方程,给出了前三阶固有频率与载荷之间的特征关系曲线. 结果表明：非保守载荷作用下梁的振动响应与保守载荷作用下梁的振动响应有着明显不同.     

PREDICTIONS OF EFFECTIVE OUT-PLANE SHEAR MODULUS AND SIZE EFFECT OF HEXAGONAL HONEYCOMB

给出了预测六边形蜂窝材料等效剪切模量及其尺寸效应的圆筒扭转力学模型和扭转能量法,建立了等效面外剪切模量G₁₃相对于材料体分比ν、周向单胞数n、圆筒半径r和单胞层数参数m变化的解析表达式;同时将扭转能量法、有限元数值模拟计算和G-A经典细观力学方法进行了比较,从理论上揭示并验证了尺寸效应的存在性. 结果表明,当蜂窝体胞尺寸相对结构尺寸无穷小时,预测结果趋近于细观力学方法的结果. 此外,利用周期性蜂窝材料的结构对称特性,使用体胞子结构有限元计算模型进行等效面外剪切模量及其尺寸效应的预测,在不影响计算结果的前提下极大地提高了计算效率.     

ELASTIC EFFECT IN DYNAMIC RESPONSE OF PLASTIC CANTILEVER BEAMS TO IMPACT

A lumped masses-springs model is proposed to analyze the dynamicresponse of an elastic-plastic cantilever beam resulting from impact. The numericalresults are in good agreement with those by finite-element approaches. The simplifiedmodel can catch the most essential features of elastic-plastic response of beams; inparticular, it demonstrates the effect of elastic deformation on the distribution ofbending moment and energy dissipation, and provides valuable quatitative results.     

弹塑性悬臂梁结构动力响应中的弹性效应

本文提出由一组质量－弹簧构成的力学系统来研究弹塑性悬臂梁的动力响应问题，其数值结果与有限元解吻合得相当好，这种简化模型能够反映出梁动力响应中的本质特性，还特别显示出梁中弹性对弯矩分布和能量耗散的影响，提供了很有价值的计算结果．     

由夹芯梁弯曲谈剪切效应对许用弯矩的影响

利用弹性体轴向位移、横向位移与剪应变的几何关系,推导出了夹芯梁的弯曲正应力公式,并利用该式确定了夹芯梁的许用弯矩,从而克服了有关材料力学教材计算许用弯矩时,没有考虑剪切效应的不足。算例分析表明：该弯曲正应力公式计算精度较高;夹芯梁弯曲时,剪切效应对许用弯矩有一定影响。该结论对材料力学关于夹芯梁计算内容的教学有一定启发和指导作用。     

竹质框架模型受侧向冲击测试及分析简

针对第六届全国大学生结构设计竞赛命题要求设计一个四层缩尺竹质吊脚楼框架,测试其在侧向冲击载荷作用下的加速度响应. 采用有限元软件LS-DYNA,对模型进行模拟分析. 结果表明,有限元计算与加载测试所得的加速度时程曲线吻合较好. 以该模型为基础进行参数分析,结果表明随拉带初始松弛量增大、撞击板质量减小,结构加速度响应增大;相较入射球质量,入射球速度对结构峰值加速度的影响更敏感,随入射球速度增大,结构峰值加速度增大.     

求解梁的切应力的高阶勒让德模型

梁作为最简单的构件在工程中广泛应用. 由于经典梁理论在求解梁的切应力时需要引入平衡方程和剪切修正系数, 使得求解问题变得复杂. 该文采用高阶勒让德级数形式的位移函数, 并考虑上下边界处切应力为零的特点, 建立了梁的切应力的求解方法. 并将所得的理论结果与有限元方法的数值结果进行比较, 结果符合很好. 结果表明, 该文的理论模型能够准确地确定梁内部的正应力和切应力. 该文的研究可为梁的力学分析提供新的理论方法.